技術報告集 第 38 号 令和 6 年 3 月 AWSCJ

浄水場を拠点とした監視制御設備の更新設計事例㈱東京設計事務所 九州支社

○四宮 明宣河内 正典

Ａ団体は７構成団体が統合協議を重ね基本協定の締結により発足した水道事業者の団体である。このため、多数の浄水場、配水池を抱えていることから、統廃合により施設のダウンサイジング化を行い、Ａ団体の拠点であるＢ浄水場での一括監視と制御を行う方針とした。対象機場数は約 200 か所と膨大な施設数であり、対象機場も浄水場、配水池、送水ポンプ場、水源と多岐にわたっていた。
本論文では、検討対象機場について拠点浄水場や一次配水池の定義を行い、遠方監視と制御を検討した事例を報告する。

Key Words ： 水道事業統合、集中監視、遠隔制御、ダウンサイジング
１

はじめに
少子高齢化社会の到来や東日本大震災の経験により抜本的な危機管理対策が求められている中で、未来永劫にわたって水道サービスを供給するために、厚生労働省は「新水道ビジョン」を公表し、「地域とともに、信頼を未来につなぐ日本の水道」を基本理念とした水道の理想像「安全」「強靭」「持続」を政策課題として、対応策や目指すべき方向性を示すこととした。
Ｚ県では市町村合併と広域水道事業統合協議会の発足により、Ａ団体としての基本協定書を締結し、浄水場や配水池などの統廃合を行うこととした。その後、現状において抱える諸課題を抽出し、将来の水道のあるべき姿を見据え、目標を実現するための具体的方策を示す「Ａ団体新水道ビジョン」を策定している。また、旧Ａ団体の構成団体であったＸ
市は、Ａ団体から新たに用水供給を受け、Ｙ地区をＸ市水道事業の給水区域に取り込むこととして、水道事業統合計画書の変更（案）を策定した。
このように市町村合併やＡ団体としての水道事業の統廃合により、水道事業を取り巻く環境が大きく変化している。本論文は、Ａ団体水道事業の統廃合にあたって、監視計装設備を統合更新するために必要な検討を行ったものである。Ａ団体の本部があるＢ浄水場では一括集中監視を行う必要があり、また、関連団体で維持管理を行っている一次浄水場の監視制御の方針を決定する必要があったことから、それぞれに必要な監視制御システムについて検討した内容を報告する。図－１に監視体制のイメージを示す。

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２

各施設区分の設定

A団体

対象施設数が 200 機場あＢ浄水場（Ｃ、Ｄ、Ｅ、その他り膨大であったことから、通信や制御の検討を行うにあたって、以下のとおり大きく２つに区分し、検討を行うこととした。

約200機場の集中監視）

C一次浄水場

Ｄ一次浄水場

Ｅ一次配水池C一次配水池D一次配水池Ｅ一次ポンプ場

C一次ポンプ場

D一次ポンプ場

その他※矢印は信号のやり取り

図－１

監視体制のイメージ①通信や制御の重要性が高い（「重要区間」と定義）
・Ｂ浄水場
・取水場～一次浄水場（Ｂ浄水場以外の関連団体が保有する浄水場）
・一次浄水場～一次配水池
・送水ポンプ場～配水池②通信や制御の重要性が低い（「一般区間」と定義）
・直接浄水場と接続されていない配水池
３

統合監視システム構築方針
監視計装設備の統合更新計画を策定するにあたって、統合監視システム構築について、システム構成の比較検討を行う。今回の検討ではクラウド化について導入を検討し、メリット、デメリットを整理した。
表－１にクラウド化のメリット、デメリットを示す。
表－１

クラウド化のメリット、デメリット

メリット

デメリット

 監視場所（監視室）以外においても施設の監視及び状態把握が可能である。
 常に最新ソフトウェアの利用が可能である。
 維持や保守など運用コストを低減できる。
 ハードウェア故障によるデータ(帳票、トレンド、メッセージ等)の消失リスクを軽減する。
 監視場所(監視室/電気室)のスペースに余裕がない場合でもシステム構築が可能である。
 監視場所(監視室)の移動・移設が容易である。

 システムの信頼性・安定性はインフラ依存であり、異常時は監視・制御機能が停止する※1。
 クラウドの SLA（サービス品質保証）に準じて、設備停止が発生する（水道標準 PF の SLA:99.95 では、年間 4.5 時間程度の設備停止が発生する）。
 データ更新のリアルタイム性は低い。同様に機器操作等の応答性も低い(一般的にストレスなく応答するとされる 3 秒応答は不可)。
 データセンターとの通信が必要となるため、接続局数/通信データ量に応じた月額利用料が発生する。

クラウド化の利点は、維持・改造コストの低減であるが、監視には使用できても操作や自動制御を含む場合は回線及びクラウドについての信頼性が確保されていない。このため重要区間の制御に対してはクラウドシステムを推奨できない。以上のことから、次の採用方針とした。

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技術報告集 第 38 号 令和 6 年 3 月 AWSCJ【採用方針】
 Ｂ浄水場設備の監視及び、一般区間の統合監視システムとしてクラウドシステムとする。
 操作・自動制御用途の必要な重要区間に関しては、現地に監視制御設備を整備する。
４

Ｂ浄水場の監視制御装置の検討
本項ではＢ浄水場の統合監視システムの監視制御装置について検討を行う。表－２に監視制御装置の比較を示す。監視制御ネットワークとして、専用ネットワークと汎用ネットワークの比較検討を行った。具体的には次の装置の比較を行うこととした。
① 専用監視制御装置（専用ネットワーク）② 一般産業用監視制御装置（汎用ネットワーク）
以下の理由から「一般産業用監視制御装置」を採用した。
・市販のネットワークを用いることになるが、品質においては問題ない。
・機能拡張性において特別な機能は不要である。
・保守性において、耐用年数が短いが汎用品であるため、機器の確保が容易であり安価である。

表－２

監視制御装置の比較- 15 -

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一次浄水場のシステム検討
本項では一次浄水場における監視と制御に関するシステム検討を行った。監視制御方式

はシステムの構築を行う上での基本思想として以下の３つに区分される。
① 集中監視集中制御方式② 一元管理形集中監視分散制御方式③ 機能分散形集中監視分散制御方式
各方式について表－３にまとめる。
表－３
比較
項目

システムの比較①集中監視集中制御方式➁一元管理形
集中監視分散制御方式③機能分散形
集中監視分散制御方式

監視操作系は、LCD 監視制御装置にて一括処理し、制御系は 1 台のプロセスコントローラで集中制御を行うシステム

監視操作系は、LCD 監視制御装置にて監視機能及び帳票機能を一括処理し、制御系は各設備単位で分散制御することにより、危険分散と負荷分散を図ったシステム

監視操作系は LCD 監視制御操作装置で行い、データ処理は帳票装置で行う一括処理でなく、機能分散することにより、制御系と共に危険分散と負荷分散を図ったシステム

シス
テム
構成

概要

一般的に、小規模施設は集中制御方式、中・大規模施設は分散制御方式が採用される。
一次浄水場においては、現状では分散制御方式が採用されているが、検討の結果、以下の理由により集中制御方式を採用する。
・集中制御方式は、自動・連動制御回路が分散されないため、制御用コントローラに異常が発生した場合、自動・連動制御回路が使用不可となるが、今回、コントローラのＣＰＵを二重化対応することで異常時のリスク回避が可能である。
・分散制御方式に比べ安価となる。
比較検討結果を表－４にまとめる。

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表－４
比較項目

➁一元管理形
集中監視分散制御方式③機能分散形
集中監視分散制御方式

1 つの CPU がプラント全体の処理をこなすため、CPU の故障で全設備の監視・制御機能に影響を及ぼす。
一般に高負荷となり、異常時の影響範囲は大となる。
小規模プラント向き。

監視操作系が 1 つの CPU で処理するため、CPU の故障で監視操作系の全ての機能停止になる可能性がある。機能分散形より拡張性が高い。
制御系は、設備単位に分散設置しているため、信頼性が高い。
中・大規模プラント向き。

監視操作系、制御系共に、機能を分散した形で設置するため、CPU の故障は該当する部分の機能停止となるだけで、他の機能への影響はない。
ただし、装置数が増える。
大規模プラント向き。

信頼性二重化を図ることにより向上○

CPU 複数台化により向上○

機能分散により信頼性は良い
◎経済性

安価
◎やや高価
△

高価（特に機能増設費）
×

保守性
・拡張性

装置が集約されているため、保守性は良いが、装置能力が限られるため拡張性は劣る。
また、保守時や機能拡張時に装置の停止を伴う場合の影響はプラント全体に及ぶ。
○

監視操作系は、LCD 監視制御操作装置の保守・異常時には中央監視操作機能が停止となり、複数台化システムが必要。
制御系は、設備ごとの保守・拡張作業が可能。
△

監視操作系、制御系それぞれで危険分散しているため、保守・拡張作業時においても該当する一部の機能停止とはなるが、全てが機能停止とはならない。

○△△

特徴

採用

①集中監視集中制御方式

システムの比較結果○

一次浄水場のシステム構成図について図－２に示す。
図－２

一次浄水場のシステム構成図

二重化を図る- 17 -

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主監視操作装置の選定
プラント用監視操作装置は、施設規模に関わらず、モニターによる詳細な監視操作及びロギングコントローラによる自動帳票作成が主流である。一次浄水場においては、この方式がすでに採用されていたため、更新後も基本的に同様の考え方とする。よって、一次浄水場の主監視操作装置は、ＬＣＤ監視制御装置を採用し、以下の機能を具備する方針とした。
表－５に監視機能を取りまとめた。
表－５

７

監視機能のまとめおわりに
本論文では 200 機場における集約監視の検討を行った事例から、その一部であるＢ浄水場での集中監視と一次浄水場での監視制御方式について報告した。クラウド化による情報処理技術の進展により、監視においては、従来の受注メーカーの専用システムによる技術からの脱却を図り、一般産業用装置を用いたシステムの構築が可能となった。将来的には制御においても専用システムからの脱却を図ることを検討し、水道事業の広域化に貢献したいと考える。

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